中亚是一个高度农业化的地区。由于降水稀少，该地区的大部分农田都需要灌溉。那么，灌溉对中亚的气候有怎样的影响？这个问题至今仍没有得到全面和系统的研究。
为此，中国科学院大气物理研究所冯锦明研究团队与河南大学武利阳博士合作，首先对区域模式WRF中的灌溉模块进行改进，然后基于改进后的WRF模式开展模拟研究，对比分析了灌溉对中亚气温、降水和地表热通量等的影响及其机理。相关论文发表在JGR -Atmosphere上。
“区域气候模式WRF在4.2版本中添加了灌溉模块。然而，原始的模块存在两点不足：一是采用固定时间间隔的灌溉策略（比如每5天灌溉一次），而实际农业生产中的灌溉策略是灵活的；二是灌溉发生在整个模式格点，这也与实际不符，因为一个模式格点中往往有多个土地利用类型，只有农田需要灌溉，其他土地覆被不需要灌溉。”文章的第一作者河南大学的武利阳博士说。
因此，本研究对原始的灌溉模块做了两点改进：一是采用动态的灌溉策略，当土壤缺水时，触发灌溉；二是采用次网格的灌溉策略，即灌溉只发生在一个模式格点的农田部分。与不考虑灌溉的试验相比，采用动态+次网格灌溉策略的试验模拟的地表温度、地表气温和土壤湿度都更接近观测。
研究发现，灌溉使地表的潜热通量显著增大，同时感热通量显著减小，进而导致地表温度和日最高温显著降低。土壤蒸发和作物蒸腾对增加潜热通量的贡献大致相等。研究还发现，灌溉导致日最低温升高。其原理是：灌溉使土壤湿度增大，土壤导热率也相应增大，使更多的能量在白天被传输到土壤中，然后在夜间又被释放出来，加热了地表大气。
本研究的一大亮点是通过数值模拟发现灌溉导致中亚山区降水增加。中亚的两个主要灌溉区是费尔干纳盆地和新疆的天山北坡，它们都是山盆地形，白天盛行由山谷向山坡运动的上坡风。灌溉导致盆地上空的水汽增加，白天的上坡风将盆地里丰沛的水汽带向山区，水汽沿山坡向上爬升，凝结形成降水。为了减小试验的不确定性，研究人员开展了不同物理参数化方案组合和不同灌溉量的敏感性试验，所有模拟结果都支持灌溉导致中亚山区降水增加的结论。
“这个改进后的灌溉模块可以进一步被用于预估未来气候变化对中亚灌溉量的影响。这对于该地区在未来的水资源分配具有重要参考价值。”文章的通讯作者冯锦明研究员说。
图1. 灌溉造成的中亚山区降水的增加情况，a是总降水，b是非对流降水，c是对流降水（单位是mm/day）。
参考文献：
Wu, L., Feng, J., Qin, F., and Qiu, Y., 2022: Regional climate effects of irrigation over Central Asia using Weather Research and Forecasting model. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 127, e2021JD036210. https://doi.org/10.1029/2021JD036210